同步发电机定子单相接地故障暂态仿真及保护的研究

论文摘要

定子绕组单相接地故障是发电机的常见故障,而且是更为严重的发电机内部短路故障的先兆。随着发电机组的容量越来越大,对发电机保护的性能提出了更高的要求。本文首先对发电机定子绕组单相接地故障暂态过程进行了深入研究,在已有的同步发电机在空载情况下的定子单相接地故障暂态仿真程序基础上,建立了同步发电机在联网情况下的定子单相接地故障暂态计算数学模型,解决了仿真程序中的同步发电机启动及并网等问题;针对现有传统双频式100%定子单相接地保护判据在切并机端电容时容易误动的情况,提出了一种易于实现的保护闭锁方法;并提出了一种可靠性和灵敏性都很高的基于基波零序电压突变量和三次谐波零序电压相角差原理的100%定子单相接地保护的新组合判据。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 第一章 引言
• 1.1 课题的背景和意义
• 1.2 发电机定子绕组单相接地故障仿真模型的研究现状
• 1.2.1 集中参数电路模型
• 1.2.2 分布参数电路模型
• 1.2.2.1 一般分布参数电路模型
• 1.2.2.2 基于多回路法的分布参数模型
• 1.2.3 各种模型的比较
• 1.3 发电机定子绕组单相接地保护发展现状
• 1.3.1 传统发电机定子绕组单相接地保护方案
• 1.3.1.1 双频式定子单相接地保护
• 1.3.1.2 外加电源注入式定子接地保护
• 1.3.2 发电机定子绕组单相接地保护新原理
• 1.3.2.1 故障分量原理在继电保护中的应用
• 1.3.2.2 新型三次谐波电压定子单相接地保护
• 1.3.2.3 采用新型信号处理方法——小波变换构成的发电机定子接地保护
• 1.4 发电机定子绕组单相接地保护的研究方向
• 1.5 本文主要研究内容
• 第二章 同步发电机定子绕组单相接地故障暂态仿真数学模型
• 2.1 引言
• 2.2 仿真模型中的主要变量、符号及下标定义
• 2.3 仿真模型假设条件
• 2.3.1 阻尼绕组的处理原则
• 2.3.2 物理量正方向的规定
• 2.3.3 定子绕组对地分布电容的划分原则
• 2.4 同步发电机状态方程的建立
• 2.4.1 正常状态
• 2.4.1.1 独立回路的电压方程
• 2.4.1.2 节点电流方程
• 2.4.1.3 形成状态方程
• 2.4.2 单相接地故障状态
• 2.5 同步发电机状态方程的数值解法
• 2.6 同步发电机启动过程中电容充放电问题
• 2.7 发电机并网仿真的解决
• 2.8 小结
• 第三章 动模发电机组定子绕组单相接地故障仿真验证与分析
• 3.1 引言
• 3.2 空载下定子单相接地故障的仿真与与实验对比
• 3.3 联网带负载下定子单相接地故障的仿真与分析
• 3.3.1 中性点不接地时定子单相接地故障的仿真与分析
• 3.3.2 中性点经高阻接地时定子单相接地故障的仿真与分析
• 3.3.3 中性点经消弧线圈接地时定子单相接地故障的仿真与分析
• 3.4 联网带负载情况负荷对定子单相接地故障时三次谐波的影响
• 3.5 进相运行对定子单相接地故障时三次谐波的影响
• 3.6 小结
• 第四章 基于三次谐波零序电压相角变化的发电机定子单相接地保护闭锁新原理
• 4.1 引言
• 4.2 现有保护判据在切并机端电容情况下的误动分析
• 4.2.1 三次谐波保护判据在切并机端电容情况下误动的理论分析
• 4.2.2 自调整式判据的在切并机端电容下的动作情况
• 4.2.3 自适应式判据的在切并机端电容下的动作情况
• 4.3 基于三次谐波零序电压相角变化的发电机定子单相接地保护闭锁新原理
• 4.3.1 闭锁方法
• 4.3.2 闭锁判据的仿真验证
• 4.3.3 闭锁判据的灵敏度分析
• 4.3.4 各种运行情况对闭锁判据的影响
• 4.3.4.1 进相运行对闭锁判据的影响
• 4.3.4.2 机端电容 Ct大小对闭锁判据的影响
• 4.3.4.3 关于发电机中性点经消弧线圈接地情况下中性点对地阻抗呈容性或者感性对闭锁判据的影响
• 4.4 小结
• 第五章 基于基波零序电压突变量和三次谐波零序电压相角变化的发电机定子单相接地保护新原理
• 5.1 引言
• 5.2 基于基波零序电压突变量和三次谐波零序电压相角变化的组合定子接地保护判据
• 5.2.1 组合判据理论分析及依据
• 5.2.2 组合判据的仿真验证
• 5.2.2.1 切并机端电容
• 5.2.2.2 发电机机端及内部（非中性点处）接地故障
• 5.2.2.3 发电机中性点接地故障
• 5.3 小结
• 第六章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 附录:模拟试验凸极同步发电机机主要参数
• 在学期间发表的学术论文和参加科研情况